Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия



Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия
Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия

 


Владельцы патента RU 2616018:

Общество с ограниченной ответственностью "Спецдортехника" (RU)

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для измерения коэффициента сцепления при оценке сцепных качеств дорожных покрытий. Технический результат - повышение надежности работы устройства за счет повышения надежности работы системы торможения, с одновременным устранением заноса устройства при торможении, а также уменьшения погрешности в измерении тормозной силы. Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия содержит измерительное колесо, установленное на подрессоренной оси подвески, закрепленной на раме прицепа с траверсой и кронштейном сцепки. На раме установлена нагрузка на колесо. Система торможения включает тормозной привод с гидравлическим цилиндром, соединенным с гидравлическим тормозом колеса. На раме прицепа расположен расширительный бак системы полива дорожного покрытия. На оси измерительного колеса закреплен одним концом рычаг, на втором конце которого установлена динамометрическая пластина с датчиком тормозной силы - лазерным датчиком, измеряющим прогиб динамометрической пластины, соединенным с блоком управления, а также датчик угла поворота измерительного колеса, соединенный с блоком управления. Тормозной привод, расположенный на раме прицепа, содержит мотор-редуктор, соединенный с блоком управления, и кривошипно-шатунный механизм, соединенный с гидравлическим цилиндром тормозного привода, а также электронный модуль, снимающий при перегрузке подачу питания на мотор-редуктор. На траверсе сцепки установлен суппорт, между тормозными колодками которого расположен диск кронштейна сцепки, закрепленный с возможностью поворота на траверсе сцепки. Гидравлический привод суппорта соединен с гидравлическим цилиндром тормозного привода. Рама прицепа выполнена в виде соединенных между собой двух параллельных конструкций, образующих параллелограмм в вертикальной плоскости. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к дорожной технике, и может быть использовано для измерения коэффициента сцепления при оценке сцепных качеств дорожных покрытий.

Сцепление колеса автомобиля с дорожным покрытием характеризуется величиной показателя коэффициента сцепления. Коэффициент сцепления (продольный) - отношение максимального касательного усилия, действующего вдоль дороги на площади контакта сблокированного колеса с дорожным покрытием, к нормальной реакции в площади контакта колеса с покрытием. Этот коэффициент определяют при полной блокировке измерительного колеса на предварительно смоченной поверхности покрытия автомобильной дороги при стандартных условиях путем вычисления отношения полученной величины касательного усилия к величине нормальной реакции дорожного покрытия. Коэффициент сцепления проезжей части автомобильной дороги зависит в значительной степени от шероховатости, ровности и чистоты покрытия. Основные причины снижения коэффициента сцепления: изношенность покрытия, загрязненность проезжей части, замасленность, избыток органического вяжущего в покрытии, обледенение проезжей части.

Существуют разные устройства для измерения коэффициента сцепления, например с использованием портативных приборов. В этой группе приборов с помощью имитаторов моделируют взаимодействие автомобильной шины с дорожным покрытием.

Известен портативный прибор для измерения коэффициента сцепления колеса ударного действия МАДИ (Немчинов М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобиля. М., Транспорт, 1985, с. 201-202), состоящий из двух резиновых имитаторов толкающих тяг, соединенных шарнирами с подвижной муфтой и резиновыми имитаторами, а также опорной штанги, в верхней части которой закрепляют подвижный груз, пружин и регистрирующей шайбы. Снятие показаний производится по шкале. Принцип действия прибора основан на использовании энергии падающего груза. При падении груз ударяет о муфту, которая заставляет толкающие штанги преодолевать сопротивление пружины и вынуждать имитаторы шин скользить по покрытию.

Недостатком аналога является низкая производительность прибора, значительный вес, а также большая трудоемкость в сборке и разборке прибора.

Существуют также устройства для измерения коэффициента сцепления колеса на искуственных покрытиях для проверки состояния дорожных покрытий, а также состояния взлетно-посадочных полос аэродромов.

Известно устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью искусственного покрытия (Патент RU №2562355, опубл. 10.09.2015 г.). Устройство содержит измерительное колесо, блок регистрации и управляемый блок питания. Также в устройство включены ведущая автомобильная ось, второе измерительное колесо, управляемый тормоз, первый и второй датчики крутящего момента. Управляемый тормоз через ведущую автомобильную ось механически соединен с измерительными колесами. Аппаратура устройства размещена на раме, которая опирается на измерительные колеса и воздействует на поверхность искусственного покрытия как нормальная сила нагрузки.

Недостатком данного устройства является то, что оно измеряет коэффициент сцепления качения, используемый при проверке состояния взлетно-посадочных полос на аэродромах, а согласно требованиям ГОСТ 33078-2014 на автомобильных дорогах должен измеряться коэффициент сцепления скольжения при полностью заблокированном измерительном колесе.

Для измерения коэффициента сцепления скольжения колеса разработаны устройства с использованием автомобиля и динамометрической тележки. Динамометрическая тележка представляет собой прибор для контроля ровности и скользкости дорожного покрытия ПКРС и выполнена в виде одноколесного прицепа с установленными датчиками ровности и сцепления, буксируемого автомобилем. Вертикальная нагрузка на измерительное колесо составляет около 3 кН.

Наиболее близким по технической сущности является выбранное в качестве прототипа устройство для определения коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием типа ПРКС-2 (Немчинов М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобиля. М., Транспорт, 1985 г., с. 196-198). Данное устройство представляет собой прицепную установку, снабженную измерительным колесом от легкового автомобиля с диаметром обода 330 мм, находящимся под нагрузкой 2,94 кН. Измерительное колесо установлено на подрессоренной оси с мягкой подвеской и закреплено на раме прицепа с траверсой и кронштейном сцепки. Рама прицепа выполнена в виде соединенных между собой двух параллельных конструкций, образующих параллелограмм в вертикальной плоскости. Устройство также содержит систему торможения, включающую тормозной привод с гидравлическим цилиндром, расположенными в буксирующем автомобиле, и гидравлический тормоз колеса. Система полива дорожного покрытия включает бак для воды, расширительный бак с запорным клапаном, расположенный на раме прицепа, блок управления поливом и контроля расхода воды, смонтированные в салоне автомобиля тягача. На оси измерительного колеса закреплен одним концом рычаг, на втором конце которого установлена динамометрическая пластина с датчиком тормозной силы - электронным измерителем линейных перемещений, который соединен с блоком управления. Датчиком тормозной силы производится измерение отклонения динамометрической пластины при полной блокировке измерительного колеса.

Недостатком прототипа является невысокая надежность работы привода системы торможения, возможное возникновение заноса устройства при торможении, а также значительная погрешность в измерении тормозной силы, что снижает надежность работы всего устройства.

Технической задачей данного решения является повышение надежности работы устройства для измерения коэффициента сцепления покрытия дорожной одежды, за счет повышения надежности работы системы торможения, с одновременным устранением заноса устройства при торможении, а также уменьшения погрешности в измерении тормозной силы.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия содержит измерительное колесо, установленное на подрессоренной оси подвески, закрепленной на раме прицепа с траверсой и кронштейном сцепки. На раме установлена нагрузка на колесо. Система торможения включает тормозной привод с гидравлическим цилиндром, соединенным с гидравлическим тормозом колеса. На раме прицепа расположен расширительный бак системы полива дорожного покрытия. На оси измерительного колеса закреплен одним концом рычаг, на втором конце которого установлена динамометрическая пластина с датчиком тормозной силы, соединенным с блоком управления. Рама прицепа выполнена в виде соединенных между собой двух параллельных конструкций, образующих параллелограмм в вертикальной плоскости. Новым является то, что тормозной привод, расположенный на раме прицепа, дополнительно содержит мотор-редуктор, соединенный с блоком управления, и кривошипно-шатунный механизм, соединенный с гидравлическим циллиндром тормозного привода. На траверсе сцепки установлен суппорт, между тормозными колодками которого расположен диск кронштейна сцепки, закрепленный с возможностью поворота на траверсе сцепки. Гидравлический привод суппорта соединен с гидравлическим цилиндром тормозного привода.

Кроме этого в качестве датчика тормозной силы использован лазерный датчик, измеряющий прогиб динамометрической пластины. Дополнительно установлен датчик угла поворота измерительного колеса, соединенный с блоком управления. В тормозной привод дополнительно введен электронный модуль, снимающий при перегрузке подачу питания на мотор-редуктор.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства, на фиг. 2 - вид устройства сверху, на фиг. 3 представлена конструкция тормозного привода.

Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия состоит из (фиг. 1, 2) измерительного колеса 1 с диаметром обода 330 мм, установленного на подрессоренной оси подвески 2. Подвеска 2 закреплена на раме 3 прицепа. Ось подвески 2 позволяет колесу совершать вертикальные колебания относительно рамы 3. Рама 3 прицепа выполнена в виде соединенных между собой двух параллельных конструкций, образующих параллелограмм в вертикальной плоскости с помощью двух вилок 4. Рама 3 крепится к траверсе сцепки 5, которая соединена с кронштейном сцепки 6, для соединения с буксирующим автомобилем. Благодаря параллелограммной сцепке рама 3 постоянно сохраняет положение, параллельное поверхности дороги. На раме 3 размещены грузы 7 для создания необходимого усилия прижатия измерительного колеса к дороге. Измерительное колесо находится под нагрузкой, например, 2,94 кН. Система торможения содержит гидравлический тормоз 9, расположенный на оси измерительного колеса 1, который соединен с гидравлическим цилиндром 20 тормозного привода 13 (фиг. 3). Тормозной привод 13 установлен и закреплен на раме 3 прицепа и содержит также мотор-редуктор 21, соединенный с кривошипно-щатунным механизмом 22, и электронный модуль 14, соединенный с мотор-редуктором. Мотор-редуктор 21 соединен с блоком управления 19, который может быть расположен в буксирующем автомобиле. Кривошипно-шатунный механизм 22 соединен с гидравлическим цилиндром 20 и создает усилие для перемещения штока гидравлического цилиндра. Электронный модуль 14, реализующий тип релейной защиты «токовая отсечка», снимает подачу питания на мотор-редуктор 21 при превышении заданного порога по току и предохраняет его от выхода из строя. Система полива содержит бак для воды, расположенный в буксирующем автомобиле и соединенный с расширительным баком 15, расположенным в передней части прицепа. Расширительный бак имеет сопло 18 с запорным клапаном для равномерного вытекания воды. Запорный клапан соединен с тормозным приводом 13. На одной оси с колесом 1 закреплен одним концом рычаг 8. На втором конце рычага 8 установлена динамометрическая пластина 10, рядом с которой расположен бесконтактный лазерный датчик 11, измеряющий прогиб динамометрической пластины. На оси измерительного колеса 1 установлен также датчик угла поворота (энкодер) 17. На траверсе сцепки 5 установлен суппорт 16, который состоит из корпуса, гидравлического привода и тормозных колодок. Между тормозными колодками суппорта расположен диск 12 кронштейна сцепки 6, который закреплен с возможностью поворота на траверсе сцепки 5. Гидравлический привод суппорта 16 соединен с гидравлическим цилиндром 20 тормозного привода 13. Лазерный датчик 11, датчик угла поворота 17 и мотор-редуктор 21 тормозного привода соединены с блоком управления 19, расположенным в буксирующем автомобиле.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы водитель буксирующего автомобиля выезжает на исходную позицию. Буксирующий автомобиль начинает движение на рабочей скорости 60 км/ч. Водитель с помощью электронного спидометра поддерживает требуемую скорость движения автомобиля в диапазоне ±2 км/ч. Вода из бака, расположенного в буксирующем автомобиле, самотеком поступает в расширительный бак 15. От блока управления 19 подают команду начала цикла измерений на мотор-редуктор 21 тормозного привода 13. Тормозной привод 13 через кривошипно-шатунный механизм 22 последовательно открывает запорный клапан расширительного бака 15 для полива дорожного покрытия и создает необходимое усилие на гидравлический цилиндр 20 тормозного привода 13. Вода из расширительного бака 15 через сопло 18 равномерно распределяется на траектории торможения колеса 1 и создает водяную пленку толщиной 1 мм. Перемещением штока гидравлического цилиндра 20 в системе торможения создают избыточное давление в гидравлическом тормозе 9 измерительного колеса 1 и гидравлическом приводе суппорта 16. За счет этого блокируют вращение измерительного колеса 1 с помощью гидравлического тормоза 9 и занос устройства за счет блокировки диска 12 кронштейна сцепки суппортом 16. Надежность блокировки измерительного колеса 1 контролируют датчиком угла поворота 17. При вращении колеса датчик вырабатывает импульсы пропорционально углу поворота, а при надежной блокировке колеса в процессе торможения сигналы с датчика 17 на блок управления 19 не поступают, что позволяет контролировать полную блокировку измерительного колеса 1. При блокировке измерительного колеса 1 рычаг 8 поворачивается и воздействует на динамометрическую пластину 10. Изгиб пластины, зависящий от сцепления колеса с дорогой, определяют с помощью бесконтактного лазерного датчика 11. Длительность цикла торможения составляет 3-4 секунды.

В блоке управления 19 фиксируют величину изгиба динамометрической пластины 10 в течение цикла торможения и определяют коэффициент сцепления как отношение полученной величины касательного усилия к величине нормальной реакции дорожного покрытия, зависящего от нагрузки 7 на колесо. При этом оператор имеет возможность визуально наблюдать за работой устройства с помощью видеокамеры. Использование бесконтактного лазерного датчика 11 для измерения прогиба динамометрической пластины 10 уменьшает погрешность измерения тормозной силы по сравнению с датчиком линейных перемещений и не требует демонтажа на перегоны. Тормозной привод 13, расположенный на раме прицепа и получающий команду от блока управления 19, позволяет более надежно осуществлять торможение измерительного колеса по сравнению с тормозным приводом, который приводится в действие водителем в кабине буксирующего автомобиля. Кривошипно-шатунный механизм 22 тормозного привода 13 обеспечивает максимальное усилие в конце хода нарастания избыточного давления в тормозной гидравлической системе и обеспечивает полное торможение колеса, что контролируется также работой датчика угла поворота 17 на блоке управления 19. Данное устройство обеспечивает рациональное использование крутящего момента мотор-редуктора 21, а электронный модуль 14, который снимает подачу питания на мотор-редуктор при превышении заданного порога по току, предохраняет его от перегорания. Все это повышает надежность работы системы торможения устройства. Суппорт 16, соединенный с тормозным приводом 13, обеспечивает одновременное предотвращение заноса устройства с блокировкой колеса на время цикла торможения, что также позволяет снизить погрешность измерения и повысить надежность работы предлагаемого устройства. Таким образом, предлагаемая конструкция тормозного привода системы торможения и сцепки обеспечивают надежную блокировку измерительного колеса и позволяет повысить надежность работы устройства в целом.

1. Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия, содержащее измерительное колесо, установленное на подрессоренной оси подвески, закрепленной на раме прицепа с траверсой и кронштейном сцепки, установленную на раме нагрузку на колесо, систему торможения, включающую тормозной привод с гидравлическим цилиндром, соединенным с гидравлическим тормозом колеса, а также систему полива дорожного покрытия с расширительным баком, на оси измерительного колеса закреплен одним концом рычаг, на втором конце которого установлена динамометрическая пластина с датчиком тормозной силы, соединенным с блоком управления, при этом рама прицепа выполнена в виде соединенных между собой двух параллельных конструкций, образующих параллелограмм в вертикальной плоскости, отличающееся тем, что тормозной привод, расположенный на раме прицепа, дополнительно содержит мотор-редуктор, соединенный с блоком управления, и кривошипно-шатунный механизм, соединенный с гидравлическим цилиндром тормозного привода, на траверсе сцепки установлен суппорт, между тормозными колодками которого расположен диск кронштейна сцепки, закрепленный с возможностью поворота на траверсе сцепки, а гидравлический привод суппорта соединен с гидравлическим цилиндром тормозного привода.

2. Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия по п. 1, отличающееся тем, что в качестве датчика тормозной силы использован лазерный датчик, измеряющий прогиб динамометрической пластины.

3. Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно установлен датчик угла поворота измерительного колеса, соединенный с блоком управления.

4. Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью дорожного покрытия по п. 1, отличающееся тем, что в тормозной привод дополнительно введен электронный модуль, снимающий при перегрузке подачу питания на мотор-редуктор.



 

Похожие патенты:

Предложено автомобильное устройство для измерения коэффициента сцепления дорожных покрытий, содержащее прицепной прибор с измерительным колесом, сцепленный с ним автомобиль с механической коробкой передач и бортовым компьютером, а также вычислительное устройство, дополнительно включены датчик пройденного пути, подключенный к вычислительному устройству, система автоматического поддержания скорости автомобиля и мультисистемный маршрутный компьютер, один из входов которого подключен к вычислительному устройству, а один из выходов - к дисплею, установленному в передней части кабины автомобиля-тягача.

Изобретение относится к измерительным средствам, предназначенным для непрерывного измерения коэффициента сцепления колес с поверхностью искусственных взлетно-посадочных полос.

Предложен способ и устройство (1) для измерения прогиба от движущегося колеса. Устройство содержит: движущееся колесо (4) для перемещения вдоль измеряемой поверхности (2) в первом направлении, раму (6), проходящую вдоль указанной измеряемой поверхности (2) в указанном первом направлении от, по меньшей мере, указанного движущегося колеса (4), четыре разнесенных датчика (7, 8, 9, 10) расстояния, устройство для сканирования в первом временном интервале ряда линий с применением каждого из указанных датчиков (7, 8, 9, 10) расстояния, для получения, таким образом, соответствующего количества виртуальных изображений, в которых значения пикселей представляют расстояния, а также устройство обработки данных, предназначенное для сравнения и сопоставления указанных виртуальных изображений, с целью определения соответствующих областей и расчета величины прогиба с применением сопоставленных значений пикселей виртуальных изображений, основанных на указанной идентификации соответствующих областей.

Изобретение относится к оборудованию для испытания автомобильных дорог, и может быть использовано для выполнения работ по поверке и калибровке установок динамического нагружения, применяемых для оценки прочности нежестких дорожных одежд.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации аэродромов Технический результат - повышение точности измерения уклонов профиля поверхности аэродромного (дорожного) покрытия, снижение трудоемкости работ по измерению этих уклонов.

Изобретение относится к устройствам для определения коэффициента сцепления на сооружаемых и эксплуатируемых автомобильных дорогах, проверке состояния дорожных покрытий в населенных пунктах, а также проверке состояния взлетно-посадочных полос аэродромов.

Изобретение относится к способам измерения и используется для оценки состояния поверхности взлетно-посадочной полосы аэродрома. В способе определения коэффициента сцепления аэродромного покрытия, включающем измерение динамических характеристик колес самолета при его движении по аэродромному покрытию, осуществляют формирование ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес шасси, ведомое (заднее) колесо формируют путем создания постоянного динамического торможения колесу шасси, колесо без динамического торможения считается ведущим, при этом динамическое торможение формируется с помощью тормозной системы колеса шасси, которое может отключаться при разбеге самолета, измеряют частоты вращения ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес шасси, устанавливают зависимость разницы вращения ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес от сцепных качеств аэродромного покрытия, а сцепные качества аэродромного покрытия определяют по установленной зависимости после проезда по нему самолета и измерения частот вращения ведущего (переднего) и ведомого (заднего) колес шасси.
Изобретение предназначено для определения прочности сцепления на сдвиг между слоями мостового полотна мостового сооружения и слоем его гидроизоляции. Изготавливают, по крайней мере, два опытных образца - модели мостового полотна мостового сооружения.

Изобретение относится к способам для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда. Контролируемый участок поверхности дороги зондируют электромагнитными волнами, принимают отраженные от этого участка поверхности электромагнитные волны, определяют фазовый сдвиг между падающими и отраженными волнами или изменение амплитуды (мощности) принимаемых волн по отношению к их значениям для падающих волн, предварительно определяют, соответственно, основной фазовый сдвиг этих волн или основное изменение амплитуды (мощности) этих волн в отсутствие покрывающего слоя на поверхности дороги.

Изобретение относится к способам для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда. Контролируемый участок поверхности дороги зондируют электромагнитными волнами по нормали к ней, принимают отраженные от этого участка поверхности электромагнитные волны.
Наверх